Context

在Go語言圈子中流行著一句話：

Never start a goroutine without knowing how it will stop。

翻譯：如果你不知道協(xié)程如何退出，就不要使用它。

在創(chuàng)建協(xié)程時，我們可能還會再創(chuàng)建一些別的子協(xié)程，那么這些協(xié)程的退出就成了問題。在Go1.7之后，Go官方引入了Context來實現(xiàn)協(xié)程的退出。不僅如此，Context還提供了跨協(xié)程、甚至是跨服務的退出管理。

Context本身的含義是上下文，我們可以理解為它內部攜帶了超時信息、退出信號，以及其他一些上下文相關的值（例如攜帶本次請求中上下游的唯一標識trace_id）。由于Context攜帶了上下文信息，父子協(xié)程之間就可以”聯(lián)動“ 了。

Context標準庫

在Context標準庫中重要的結構 context.Context其實是一個接口，它提供了Deadline、Done、Err、Value這4種方法：

type Context interface {
   Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
   Done() <-chan struct{}
   Err() error
   Value(key interface{}) interface{}
 }

• Deadline方法用于返回Context的過期時間。Deadline第一個返回值表示Context的過期時間，第二個返回值表示是否設置了過期時間，如果多次調用Deadline方法會返回相同的值。

• Done是使用最頻繁的方法，它會返回一個通道。一般的做法是調用者在select中監(jiān)聽該通道的信號，如果該通道關閉則表示服務超時或異常，需要執(zhí)行后續(xù)退出邏輯。多次調用Done方法會返回相同的通道。

• 通道關閉后，Err方法回返回退出的原因。

• Value方法返回指定Key對應的value，這是Context攜帶的值。Key必須是可比較的，一般用法Key是一個全局變量，通過context.WithValue將key存儲到Context中，并通過Context.Value方法退出。

Context是一個接口，這意味著需要有對應的具體實現(xiàn)。用戶可以自己實現(xiàn)Context接口，并嚴格遵守Context接口。

func (*emptyCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {
    return
}

func (*emptyCtx) Done() <-chan struct{} {
    return nil
}

func (*emptyCtx) Err() error {
    return nil
}

func (*emptyCtx) Value(key interface{}) interface{} {
    return nil
}

因此，要具體使用Context，需要派生出新的Context。我們使用的最多的還是Go標準庫中的實現(xiàn)。
前三個函數都用于派生出有退出功能的Context。

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc)
func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

• WithCancel函數回返回一個子Context和cancel方法。子Context會在兩種情況下觸發(fā)退出：一種情況是調用者主動調用了返回的cancel方法；另一種情況是當參數中的父Context退出時，子Context將級聯(lián)退出。
• WithTimeout函數指定超時時間。當超時發(fā)生后，子Context將退出。因此，子Context的退出有三種時機，一種是父Context退出；一種是超時退出；最后一種是主動調用cancel函數退出。
• WithDeadline和WithTimeout函數的處理方法相似，不過它們的參數指定的是最后到期的時間。
• WithValue函數會返回帶key-value的子Context。

Context實踐

eg：

下面的代碼中childCtx是preCtx的子Context，其設置的超時時間為300ms。但是preCtx的超時時間為100ms，因此父Context退出后，子Context會立即退出，實際的等待時間只有100ms。

func main() {
   ctx := context.Background()
   before := time.Now()
   preCtx, _ := context.WithTimeout(ctx, 100*time.Millisecond)
   
   go func() {
   childCtx, _ := context.WithTimeout(preCtx, 300*time.Millisecond)
   select {
    case <-childCtx.Done():
   after := time.Now()
   fmt.Println("child during:", after.Sub(before).Milliseconds())
   }
 }()
 
 select {
    case <-preCtx.Done():
    after := time.Now()
    fmt.Println("pre during:", after.Sub(before).Milliseconds())
 }
 }

這是輸出如下，父Context與子Context退出的時間差接近100ms：

pre during: 104
child during: 104

當我們把preCtx的超時時間修改為500ms時：

preCtx ,_:= context.WithTimeout(ctx,500*time.Millisecond)

從新的輸出中可以看出，子協(xié)程的退出不會影響父協(xié)程的退出。

child during: 304
pre during: 500

Context底層原理

Context在很大程度上利用了通道的一個特性：通道在close時，會通知所有監(jiān)聽它的協(xié)程。

每個派生出的子Context都會創(chuàng)建一個新的退出通道，這樣，只要組織好Context之間的關系，就可以實現(xiàn)繼承鏈上退出信號的傳遞。如圖所示的三個協(xié)程中，關閉通道A會連帶關閉調用鏈上的通道B，通道B會關閉通道C。

要使用context的退出功能，需要調用WithCancel或WithTimeout，派生出一個新的結構Context。WithCancel底層對應的結構為cancelCtx，WithTimeout底層對應的結構為timerCtx，timerCtx包裝了cancelCtx，并存儲了超時時間。

type cancelCtx struct {
	Context

	mu       sync.Mutex            // protects following fields
	done     atomic.Value          // of chan struct{}, created lazily, closed by first cancel call
	children map[canceler]struct{} // set to nil by the first cancel call
	err      error                 // set to non-nil by the first cancel call
	cause    error                 // set to non-nil by the first cancel call
}

type timerCtx struct {
	cancelCtx
	timer *time.Timer // Under cancelCtx.mu.

	deadline time.Time
}

cancelCtx第一個字段保留了父Context的信息。children字段則保存了當前Context派生的子Context的信息，每個Context都會有一個單獨的done通道。

而WithDeadline函數會先判斷父Context設置的超時時間是否比當前Context的超時時間短，如果是，那么子協(xié)程會隨著父Context的退出而退出，沒有必要再設置定時器。

當我們使用了標準庫中默認的Context實現(xiàn)時，propagateCancel函數將子Context加入父協(xié)程的children哈希表中，并開啟一個定時器。當定時器到期時，會調用cancel方法關閉通道，級聯(lián)關閉當前Context派生的子Context，并取消與父Context的綁定關系。這種特性就產生了調用鏈上連鎖的退出反應。

以上就是詳解golang中Context超時控制與原理的詳細內容，更多關于golang Context超時的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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